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Manual de Ingeniería No. 11
Actualización: 03/2016
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Análisis de consolidación debajo de un terraplén
Programa: Asientos
Archivo: Demo_manual_11.gpo
En este capítulo, vamos a explicar cómo analizar la consolidación debajo un terraplén construido.
Introducción:
La consolidación del suelo tiene en cuenta el momento de asiento/asentamiento (cálculo de la
deformación tierra) bajo el efecto de cargas externas (constante o variable). La sobrecarga conduce a
un aumento en la formación de tensión del suelo y la extrusión gradual de agua desde los poros, es
decir, la consolidación del suelo.
La consolidación primaria corresponde a la situación en la que hay una disipación completa de las
presiones de poro, la consolidación secundaria afecta a los procesos geológicos en el esqueleto del
suelo (el llamado "efecto de arrastre"). Este es un proceso dependiente del tiempo influenciado por
un número de factores (por ejemplo, la permeabilidad y compresibilidad del suelo, la longitud de las
vías de drenaje, etc.) En cuanto al grado de consolidación distinguimos los siguientes casos de
asentamiento del terreno:
Asentamiento definitivo: corresponde al 100% de consolidación de la sobrecarga correspondiente
Asentamiento parcial: corresponde a un determinado grado de consolidación de la sobrecarga correspondiente
Asignación:
Determinar el valor de asiento/asentamiento debajo del centro de un terraplén construido sobre
arcilla impermeable a un año y a diez años después de su construcción. Hacer el análisis utilizando las
normas CSN 73 1001 (con módulo edométrico), el límite de la zona de influencia se considerará
utilizando el coeficiente de resistencia de la estructura.
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Esquema de asientos - Consolidación
Solución
El Programa de GEO5 “Asientos”, se utiliza para resolver esta tarea. Vamos a modelar este
ejemplo paso a paso:
1era etapa de construcción - Modelado de la interfaz, cálculo de la tensión geoestática inicial.
2da etapa de la construcción – Se incluye una sobrecarga por medio de un terraplén.
3era hasta la 5ta etapa de construcción - cálculo de la consolidación del terraplén en diferentes intervalos de tiempo (de acuerdo a la asignación).
Evaluación de los resultados (conclusión).
Asignación Básica (procedimiento): Etapa 1
Compruebe el campo "Realizar el análisis de la consolidación" en el cuadro
"Configuración". A continuación, seleccione la configuración específica para el cálculo del asiento
en la "lista de configuraciones". Esta configuración describe el método de análisis para el cálculo de
asiento y la restricción de la zona de influencia.
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Cuadro „Configuración”
Nota: Este cálculo considera la llamada consolidación primaria (disipación de la presión de poro).
El asentamiento secundario (fluencia), que puede ocurrir principalmente con suelos no consolidados y
orgánicos, no se resuelve dentro de este ejemplo.
Luego ingresamos el rango y la interfaz de la capa. El objetivo es seleccionar dos capas entre las
cuales la consolidación se lleva a cabo.
Cuadro „Interfaz”
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Nota: Si hay un suelo homogéneo, luego, con el fin de calcular la consolidación, es necesario
introducir una capa ficticia (usar los mismos parámetros para las dos capas de tierra que están
separados por la interfaz original), preferiblemente a la profundidad de la zona de deformación.
A continuación, se define el "subsuelo incompresible" (IS) (a una profundidad de 10 m) por medio
de la introducción de coordenadas de manera similar al modelado de interfaz. El asentamiento tiene
lugar por debajo del suelo incompresible.
Cuadro “Suelo Incompresible”
Los parámetros del suelo se ingresan en el siguiente paso. Para los suelos que se están
consolidando, es necesario especificar el coeficiente de permeabilidad " k " o el coeficiente de
consolidación " vc ". Los valores aproximados se pueden encontrar en la Ayuda (F1).
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Cuadro „Editar parámetros de suelo”
Tabla de parámetros de suelo
Suelo
(Clasificación de suelo)
Unidad de
Peso
3mkN
Módulo
Edométrico
MPaEoed
Coef. de
fuerza
Estructural
m
Coef. de
Permeabilidad
daymk
Suelo arcilloso 18,5 1,0 0,1 5100,1
Terraplén 20,0 30,0 0,3 2100,1
Limo arenoso 19,5 30,0 0,3 2100,1
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Luego asignamos los suelos al perfil. El cuadro sobrecarga en la primera etapa de construcción no
se toma en consideración, ya que en este ejemplo será representado por el cuerpo terraplén real (en
las etapas 2 a 5). En el siguiente paso, vamos a entrar en el nivel freático (en adelante el "NF")
utilizando los puntos de interfaz, en nuestro caso al nivel del suelo.
En el cuadro "Configuración de etapa", sólo se puede modificar el diseño y el refinamiento de los
agujeros, por lo que mantenga los ajustes estándar.
La primera etapa de "Cálculo" representa la tensión geoestática inicial en el momento de la
construcción inicial. Sin embargo, es preciso establecer las condiciones límites básicas para el cálculo
de la consolidación en etapas posteriores. Se ingresa la interfaz de la parte superior y la parte inferior
del suelo de consolidación, así como la dirección del flujo de agua de esta capa - es decir, la vía de
drenaje.
“Análisis” – Etapa de construcción 1
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Etapas 2-5
Ahora vamos a pasar a la segunda etapa de construcción de barra de herramientas en la parte
superior izquierda del escritorio.
Barra de herramienta „Etapa de construcción“
Se define el propio terraplén mediante la introducción de coordenadas.
Punto Nro. 1: m0,10x m0,0z
Punto Nro. 2: m29,4x m0,4z
Punto Nro. 3: m29,4x m0,4z
Punto Nro. 4: m0,10x m0,0z
Un tipo de suelo específico se asigna al terraplén.
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“Etapa 2 –Terraplén + asignación”
Nota: El terraplén actúa como una sobrecarga en la superficie del terreno original. Se supone que
un terraplén bien ejecutado (óptimamente compactado) teóricamente no se asienta. En la práctica,
se puede producir el asentamiento (pobres compactación, el efecto de la fluencia del suelo), pero el
programa „Asientos” no abordar esta cuestión.
En el cuadro "Análisis" ingresar el tiempo de duración de la segunda etapa (30 días)
correspondiente al tiempo actual de construcción de terraplenes. El cálculo del asentamiento no
puede ser lleva a cabo porque, al determinar la consolidación, es primero necesario conocer toda la
historia de la estructura de carga de movimiento de tierras, es decir, todas las etapas de
construcción.
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Cuadro “Análisis – Etapa de construcción 2”
Como el terraplén se construye poco a poco, estamos considerando el crecimiento de la carga
lineal en la segunda etapa de la construcción. En etapas posteriores, se introduce la duración de la
etapa (1 año es decir, 365 días - tercera etapa, 10 años es decir 3650 días – cuarta etapa y el asiento
general - quinta etapa) y toda la carga se introduce en el inicio de la etapa.
Los cálculos se realizan después de ingresar la última etapa de construcción, que se encuentra en
el "asiento general", se activa (se puede comprobar en cualquier momento, aparte de la primera
etapa).
Cuadro “Análisis – Etapa de construcción 5”
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Resultados del análisis
Tras el cálculo del asentamiento global, podemos observar los valores parciales de consolidación
por debajo del centro del terraplén. Hemos obtenido los siguientes valores máximos de
asentamiento en las etapas individuales de construcción:
Etapa 1: sólo la tensión geoestática - asentamiento no calculado.
Etapa 2 (sobrecarga por terraplén): durante 30 días → 29,2 mm
Etapa 3 (sin cambios): por 365 días → 113,7 mm
Etapa 4 (sin cambios): por 3.650 días → 311,7 mm
Etapa 5: la solución general → 351,2 mm
“Análisis – etapa de construcción 5 (asiento global)”
Como estamos interesados en el asentamiento del terraplén después de su construcción, vamos a
cambiar a la vista de los resultados de la 3 ª y 4 ª etapa (el botón
"Valores") a "Comparar con la etapa 2", que resta el valor del asentamiento respectivo.
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“Análisis – Asiento (diferencias comparando con las etapas previas)”
Conclusión:
El asentamiento del terraplén (bajo su centro) en el plazo de un año desde su construcción es 84,5
mm (= 113,7 a 29,2), y después de diez años 282,5 mm (= 311,7 a 29,2).